Оптимизация термонапряженного состояния

В связи с тем, что спроектированная лопатка не удовлетворяет нормам прочности, проведем следующие мероприятия:

– создание дополнительной завесы;

– применение материала с более высокими прочностными характеристиками.

Расчет температурного поля

Для определения напряженного состояния лопаток в условиях неравномерного нагрева на этапах рабочего проектирования выполняют детальный расчет температурных полей в поперечных сечениях лопатки на наиболее опасном режиме.

Создаем файл исходных данных kop1.tm:

-9 1 – тип задачи (стационарная, плоская)

0

1 9 – количество отрезков задания теплоотдачи

3 21 55 79 100 103 145 181 203

7682- коэффициент теплоотдачи на входной кромке

2965- коэффициент теплоотдачи на ламинарном участке спинки

2882- коэффициент теплоотдачи на турбулентном участке спинки

3369- коэффициент теплоотдачи на ламинарном участке корытца

3361- коэффициент теплоотдачи на турбулентном участке корытца

7682- коэффициент теплоотдачи на входной кромке

2845- коэффициент теплоотдачи в 1-м канале

2847- коэффициент теплоотдачи в 2-м канале

2848- коэффициент теплоотдачи в 3-м канале.

1 2 – количество отрезков задания температуры среды

56 63 103 203– границы отрезков задания температуры среды

1046– «греющая» температура , 0С

449– «охлаждающая» температура , 0С

Материал лопатки: сплав ЖС32

После ввода исходных данных рассчитываем температурные поля с помощью программы Grid2.exe. Результаты расчета kop1.tem.

Для визуального просмотра температурного поля запускаем программу “Изображение поля” izol.exe, которая осуществляет построение на экране монитора до 16 изолиний поля параметра, рассчитанного в узлах триангуляционной сетки. Заносим в командную строку поочередно следующие файлы: izol.exe kop.set kop1.tem. Результаты расчета приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 – Распределение изотермических полей температур в охлаждаемой лопатке.

Расчет термонапряженного состояния

Расчет термонапряженного состояния выполняем с помощью программы GRID3.EXE. Исходный файл SETAX.DAT (см. таблицу 6):

Исходные данные включают в себя следующие величины:

Таблица 6

kop.set Сетка МКЭ

-1

Gs32.dat Материал

1 1 1

1082.4 27.94 63.7 Нагрузки: 2*N кГ, 2*Mx кГ*см, 2*My кГ*см

250 Продолжительность работы, час

250 Продолжительность работы, час

После запроса указываем имя файла, содержащего данные о температурном поле лопатки (kop1.tem). Результат будет занесен в файл с именем kop1.sig.

Точка №193 имеет минимальный запас 1,84.

Aнaлиз тepмoнaпpяжeннoгo сocтoяния охлаждаемой турбинной лопатки. Фaйл данных : KOP1.SIG Файл материала : GS32.DAT Время : 250

Sig MAX,МПа Sig MIN,МПа T MAX,°C T MIN,°C Min Запас

286.980 -130.130 1311.600 798.800 1.843

Точка 176 36 56 176 193

X 1.728 2.647 2.951 1.728 2.668

Y 1.098 1.449 2.838 1.098 2.005

Была разработана конструкция охлаждаемой лопатки первой ступени турбины высокого давления ТВаД. По ходу проекта был выбран тип охлаждения – конвективный.

Критическая точка №36 находится на стенке канала охлаждения №1:

,

что соответствует ресурсу лопатки 250 часов.